飞机机翼积冰数值模拟方法研究

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1、中图分类号：V211.3论文编号：102870115-S024学科分类号：080103硕士学位论文飞机机翼积冰数值模拟方法研究研究生姓名卞少兵学科、专业流体力学研究方向计算流体力学指导教师王江峰教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceNumericalSimulationofIceAccretiononAircraftWingsAThesisinFluidMechanicsbyBIANShaobing

2、AdvisedbyProf.WANGJiangfengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015II南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检

3、索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：III飞机机翼结冰数值模拟方法研究摘要当飞机穿越含有过冷水滴的云层时，水滴会和飞机表面发生碰撞，发生积冰现象。飞机积冰后，特别是提供升力的主要部件机翼发生积冰后，飞机的升力下降，阻力增加，失速迎角变小，严重影响了飞行安全。飞机积冰主要有工程估算、试验和数值模拟三种研究方法，本文采用数值模拟方法对飞机积冰以及积冰后全机气动特性进行研究。在二维积冰方面，本文发展了一套翼型积冰数值模拟软件，并对积冰影响因素进行了深入分析。外流场求解可根据具体积冰条件，选择Euler或N

4、-S求解器；水滴撞击特性采用Lagrange法进行计算；积冰模型采用经典的Messinger模型。在积冰动网格技术方面，发展了动弹网格方法和基于Gridgen软件的网格自动生成方法。对NACA0012进行积冰计算，得到了与试验结果相吻合的冰形，验证了所发展的计算软件的可靠性。在霜冰状态下，针对不同条件，开展了大量数值模拟，得到了不同条件下的积冰冰形，并对不同参数对翼型积冰冰形的影响规律与机理进行了深入分析，给出了分析结论。在三维积冰方面，本文基于驻点位置在积冰过程中的重要性，发展了一种三维积冰二维化方法。首先在机翼上截取典型剖面，考虑三维效应，得到各剖面的当地迎角，然后根据

5、当地迎角对各剖面进行积冰计算，最后对翼型积冰冰形进行拟合得到三维冰形。本文对某型飞机积冰进行计算，并研究了机翼和平尾积冰对全机气动特性的影响。最后对本文工作进行总结，并提出了进一步的研究展望。关键词：飞机积冰，数值模拟，动网格技术，影响因子，气动特性IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTWhenaircraftisflyingincloudswithsuper-cooleddroplets,thesuper-cooleddropletsmayfreezeonaircraftsurface.Liftdecreases,dragincreaesandstallangl

6、eofattackdecreaseswhenaircrafticinghappens.Aircrafticinghasserioulyaffectedflightsafety.Methodsofresearchonaircrafticingcanbeclassifiedintothreecategories:engineeringestimating,experimentandnumericalsimulation.Amethodofnumericalsimulationoficingaccretiononaircraftisdevelopedinthisthesis.In

7、termsoftwo-dimensionalicing,Asoftwareforairfoilicingnumericalsimulationisdevelopedandtheicinginfluencingfactorsareanalyzedthoroughly.Accordingtoicingconditions,theflowfieldcanbecalculatedbyEulerorN-Ssolver.Dropletimpingmentcharacteristicsofairfoilarecalculated